Реферат на тему суперкомпьютеры и их применение

Обновлено: 04.07.2024

Суперкомпьютеры

Другие доклады по предмету

С момента появления первых компьютеров одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками, была производительность вычислительной системы. За время развития компьютерной индустрии производительность процессора стремительно возрастала, однако появление все более изощренного программного обеспечения, рост числа пользователей и расширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют новые требования к мощности используемой техники, что и привело к появлению суперкомпьютеров. Что же такое суперкомпьютеры, и зачем они нужны?

Прошло время, когда создатели суперкомпьютеров стремились обеспечить максимальную производительность любой ценой. Специальные процессоры, дорогостоящая сверхбыстрая память, нестандартное периферийное оборудование - все это обходилось заказчикам в круглую сумму. Приобретали суперкомпьютеры либо предприятия ВПК, либо крупные университеты. И те, и другие делали это, как правило, за государственный счет. Окончание "холодной войны" и последовавшее за ним сокращение ассигнований на военные и околовоенные нужды нанесли серьезный удар по производителям суперкомпьютеров. Большинство из них были поглощены изготовителями менее производительной, но более доступной и ходовой вычислительной техники. Впрочем, у этих слияний были и технологические предпосылки - быстродействие серийно выпускаемых микропроцессоров постоянно росло, и производители суперкомпьютеров быстро переориентировались на них, что позволило существенно сократить общую стоимость разработки. Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров и повышение степени параллелизма программ.

Первые суперкомпьютеры

Началом эры суперкомпьютеров можно, пожалуй, назвать 1976 год, когда появилась первая векторная система Cray 1. Работая с ограниченным в то время набором приложений, Cray 1 показала настолько впечатляющие по сравнению с обычными системами результаты, что заслуженно получила название “суперкомпьютер” и определяла развитие всей индустрии высокопроизводительных вычислений еще долгие годы. Но более чем за два десятилетия совместной эволюции архитектур и программного обеспечения на рынке появлялись системы с кардинально различающимися характеристиками, поэтому само понятие “суперкомпьютер” стало многозначным и пересматривать его пришлось неоднократно.

Попытки дать определение суперкомпьютеру опираясь только на производительность привели к необходимости постоянно поднимать планку, отделяющую его от рабочей станции или даже обычного настольного компьютера. Только за последние 15 лет нормы менялись несколько раз. По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того, чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в 10 мегафлоп (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). В начале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп.

Применение суперкомпьютеров

Для каких применений нужна столь дорогостоящая техника? Может показаться, что с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Это не так. С одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии - различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела,конструирование лекарств. Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры традиционно применяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитый пример - это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.

Суперкомпьютеры в России

Во всемирный процесс активизации рынка высокопроизводительных вычислений (HPC) все активнее включается и Россия. В 2003 году компании Arbyte и Kraftway при поддержке корпорации Intel объявили о создании своих Центров компетенции на базе платформы Intel, деятельность которых, в том числе, будет направлена и на построение НРС-систем. Кроме того, компании Intel и IBM сообщили о том, что компания Paradigm, ведущий поставщик технологий для обработки геолого-геофизических данных и проектирования бурения для нефтегазовой отрасли, модернизировала свой расположенный в Москве центр обработки сейсмических данных, установив серверный кластер IBM из 34 двухпроцессорных серверов на базе процессоров Intel Xeon. Новая система ускорила работу ресурсоемких вычислительных приложений Paradigm за счет применения кластерных технологий на базе ОС Linux. Новые возможности проведения более точных расчетов, несомненно, увеличат конкурентоспособность российских нефтяных компаний на мировом рынке.

2005 год оказался довольно богатым на события в области суперкомпьютерных технологий. В России были завершены два крупных проекта, на очереди - еще один.

Двумя важнейшими из них стала установка суперкомпьютера МВС-15000BM отечественной разработки в Межведомственном Суперкомпьютерном Центре РАН (МСЦ) и установка на НПО кластера IBM eServer Cluster 1350, включающего 64 двухпроцессорных сервера IBM eServer xSeries 336. Последний является крупнейшей в России супер-ЭВМ используемой в про

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

« ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Ростов – на - Дону

2. Первые суперкомпьютеры…………………………………… 5

3. Суперкомпьютеры в России…………………………………. 9

4. Применение суперкомпьютеров……………………………………. 14

6. Используемая литература…………………………………………… 18

1 . Введение

Суперкомпьютерами - это самые быстрые компьютеры. Их основное отличие от высокопроизводительных отказоустойчивых серверов заключается в том, что все ресурсы такого компьютера обычно направлены решить одну или в крайнем случае несколько задач насколько возможно быстро, тогда как мэйнфреймы, выполняют довольно большое число задач. Компьютерная индустрия развивается стремительно и то, что можно было назвать суперкомпьютером 10 лет назад, сегодня под это понятие не подходит. Существует еще шутливое определение суперкомпьютера - это устройство, сводящее проблему вычислений к проблеме ввода-вывода, нем есть доля истины: часто единственным узким местом в быстродействующей системе остаются именно устройства ввода-вывода. С момента появления первых компьютеров главной задачей разработчиков, была производительность вычислительной системы. Компьютерная индустрия развивается стремительно, появляются все более насыщенное и усложненное программное обеспечение, растет число пользователей и расширяются сферы применения вычислительных систем. Что же такое суперкомпьютеры, и зачем они нужны?

Для чего же нужны суперкомпьютеры? Человеческого знания опираются на два камня — теория и опыт. Теперь ученые сталкиваются с проблемой того, что многие испытания на практике невозможными из-за своих масштабов, или очень дорогие, или опасности для здоровья и жизни людей. Тут приходят на помощь мощные компьютеры. Так как они позволяют экспериментировать с электронными моделями реальной действительности

Раньше создатели суперкомпьютеров стремились обеспечить максимальную производительность. Специальные процессоры, дорогостоящая быстрая память, нестандартное периферийное оборудование — все это обходилось заказчикам в круглую сумму. Купить суперкомпьютеры могли либо предприятия ВПК, либо крупные университеты. Они делали это за государственный счет. Быстродействие серийно выпускаемых микропроцессоров постоянно росло, и производители суперкомпьютеров быстро переориентировались на них, что позволило существенно сократить общую стоимость разработки. Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров и повышение степени параллелизма программ.

2. Первые суперкомпьютеры

Попытки дать определение суперкомпьютеру были не однократны. Исследуя его производительность стало необходим постоянно поднимать планку, отделяющую его от рабочей станции или даже обычного настольного компьютера. Только за последние 15 лет нормы менялись несколько раз. По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того, чтобы получить это название, нужно было иметь производительность в10 мегафлоп (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). Вначале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп.

Самым мощным суперкомпьютером мира оставалась по-прежнему система ASCI White установленная в Ливерморской лаборатории (США) и показавшая производительность 7,2 Тфлопс на тесте LINPACK (58% от пиковой производительности). На втором месте стояла система Compaq AlphaServer SC, установленная в Питтсбургском суперкомпьютерном центре с производительностью в 4 Тфлопс. Замыкает список система Cray T3E с производительностью на LINPACK в 94 Гфлопс.

Отметим, что список включал уже 16 систем с производительностью более 1 Тфлопс, половина из которых установлены IBM. Стабильно увеличивается число систем, представляющих собой кластеры из небольших SMP-блоков, - сейчас в списке уже 43 такие системы. Однако большинство в списке по-прежнему за массивно-параллельными системами (50%), за которыми идут кластеры, состоящие из больших SMP-систем (29%).

Первая десятка Top500

Производитель

Где установлен

Число процес-соров

Ливерморская национальная лаборатория

Питтсбургский суперкомпью-терный центр

Институт исследований в области энергетики NERSC

Национальная лаборатория Sandia

ASCI Blue Pacific

Ливерморская национальная лаборатория

Лос-Аламосская национальная лаборатория

ASCI Blue Mountain

Лос-Аламосская национальная лаборатория

Океанографи-ческий центр NAVOCEANO

Немецкая служба погоды

3. Суперкомпьютеры в России

Первым русским суперкомпьютером является БЭСМ-6, выпущенный в 1967 году под руководством инженера Сергея Алексеевича Лебедева. Эта машина, по формальной производительности сравниваемая с CDC 6600, на самом деле намного превосходила своего импортного конкурента. В этом компьютере было заложено так много новых решений, что её производство продолжалось на протяжении двадцати лет! Попытка американских инженеров создать что-либо похожее, тем более усовершенствование БЭСМ-6, носившая имя ILLIAC-IV, окончилась неудачей: данный суперкомпьютер оказалась дороже, сложнее и медленнее "русской машины". БЭСМ-6 не была единственным советским суперкомпьютером. В последние годы своей жизни Лебедев руководил работами по созданию многопроцессорного комплекса "Эльбрус", однако в 1974 году он умер и не увидел результаты своих трудов. Работы над первым компьютером серии "Эльбрус" завершились в 1979 году, хотя по производительности он, равно как и другие компьютеры серии, отставали от зарубежных аналогов, в его процессоре впервые была применена технология суперскалярности. Суперскалярная архитектура, то есть технология параллельного выполнения нескольких команд, независимых друг от друга, вскоре была реализована в большинстве процессоров для персональных компьютеров; таким образом, в процессорах Intel и AMD есть частичка нашего, русского, инженерного знания.

На мировой рынок высокопроизводительных вычислений (HPC) все активнее включается Россия. В 2003 году компании Arbyte и Kraftway при поддержке корпорации Intel объявили о создании своих Центров компетенции на базе платформы Intel, деятельность которых, в том числе, будет направлена и на построение НРС- систем. Кроме того, компании Intel и IBM сообщили о том, что компания Paradigm, ведущий поставщик технологий для обработки геолого-геофизических данных и проектирования бурения для нефтегазовой отрасли, модернизировала свой расположенный в Москве центр обработки сейсмических данных, установив серверный кластер IBM из 34 двухпроцессорных серверов на базе процессоров Intel Xeon. Новая система ускорила работу ресурсоемких вычислительных приложений Paradigm за счет применения кластерных технологий на базе ОС Linux. Новые возможности проведения более точных расчетов увеличат конкурентоспособность российских нефтяных компаний на мировом рынке.

2005 год был насыщенным на события в области суперкомпьютерных технологий. В России были завершены два крупных проекта, на очереди — еще один.

В более мелком секторе суперкомпьютеры используются для моделирования нефтяных скважин, краш-тестов, сложных аэродинамических и гидродинамических расчетов. Основными заказчиками выступают автомобильная, судостроительная, авиационная и нефтегазовая промышленности. По мнению экспертов, совокупный объем рынка больших вычислительных систем в России составляет $100-150 млн., причем не последнее место принадлежит отечественным разработчикам. В год устанавливается 3-4суперкомпьютера с производительностью, близкой к 1 Терафлоп.

На сегодняшний день крупнейшими российскими проектами в области суперкомпьютеров являются российский проект МВС и российско-белорусский СКИФ. Разработка СуперЭВМ проекта МВС финансировалась за счет средств Минпромнауки России, РАН, Минобразования России, РФФИ, Российского фонда технологического развития. В настоящее время машины этой серии установлены в МСЦ РАН и ряде региональных научных центров РАН (Казань, Екатеринбург, Новосибирск) и используются для научных расчетов.

Проект СКИФ финансировался бюджетом России и Белоруссии по союзной программы на паритетных началах. В настоящее время российско-белорусская программа СКИФ, объемом $10млн., уже завершена, и в ходе ее реализации были созданы суперкомпьютеры СКИФК-500 и СКИФ К-1000. Стоимость СКИФ К-1000 - $1,7 млн., что несколько ниже стоимости иностранного аналога ($4 млн.). На сегодня, основным пользователем данной разработки является белорусская сторона. СКИФ К-1000, установлен в Объединенном институте проблем информатики НАН Белоруссии, и уже сейчас используется не только учеными, но и крупнейшими предприятиями –экспортерами :МАЗом, БелАЗом, Белорусским тракторным заводом, Заводом карданных валов. Такое успешное внедрение суперкомпьютерных технологий в реальный сектор во многом объясняется тем, что доступ белорусских предприятий к СКИФу координируется государством и оплачивается из бюджета, поскольку сами предприятия находятся в государственной собственности.

В нашей стране СКИФ и МВС пока воспринимаются лишь как академические проекты. Причина этого в том, что крупные российские машиностроительные корпорации, такие как НПО ,предпочитают зарубежные суперЭВМ, поскольку отработанные прикладные решения от мировых лидеров, таких как IBM и HP уже снабжены готовым целевым ПО и средствами разработки, имеют лучший сервис. Сделать МВС и СКИФ востребованными для российской промышленности поможет создание общего вычислительного центра, предназначенного для промышленного сектора, с распределенным доступом к машинному времени. Создание Центра резко удешевит затраты на обслуживание суперкомпьютера, а также ускорит процесс создания и систематизации ПО (написание драйверов, библиотек, стандартных приложений).

4. Применение суперкомпьютеров

Где может применяться столь дорогостоящая техника? Можно ли говорить, что с ростом производительности настольных персональных компьютеров и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Нет, это совсем не так. С одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

Наиболее частой сферой применения суперкомпьютеров являются научные исследования, такие как: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии — различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств. Можно сказать, что ряд областей применения находится является интеграцией наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Технические проблемы, для решения которых используются суперкомпьютеры, это: аэрокосмическая и автомобильная промышленность, ядерная энергетика, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающая и газовая промышленность (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры так же применяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть о конструировании бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитый пример — это американская программа СОИ. MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.

ГОСТ

Суперкомпьютеры — это специальные вычислительные машины, которые в значительной мере превосходят по своим характеристикам, в частности по производительности, все существующие компьютеры.

С тех пор, как были изобретены первые компьютеры, главной проблемой, которая стоит перед их проектировщиками, является повышение производительности компьютерного оборудования. Всё время, пока шло развитие компьютерной промышленности, непрерывно росло быстродействие процессорных модулей, но параллельно наращивались объёмы программного обеспечения, возрастало количество пользователей, и ширилась область использования компьютерного оборудования, что в конечном итоге и вызвало создание суперкомпьютеров.

Хотя фактически под суперкомпьютером понимается стандартная вычислительная система, которая позволяет выполнять очень сложные вычисления за наиболее маленькие временные интервалы. Все компьютерные системы имеют в своём составе три главных элемента:

Модуль центрального процессора (вычислитель).
Модуль памяти.
Вторичные периферийные модули информационного хранения.

Главную роль здесь играют не только технические характеристики всех этих компонентов, но и пропускные возможности соединяющих их каналов, а также каналов связи с пользователями. Основное компьютерное правило заключается в том, что общее быстродействие компьютера не может превышать быстродействие самого медленного его компонента.

Суперкомпьютером является электронная вычислительная машина, которая значительно превосходит по своим характеристикам почти все существующие аналоги. Обычно, сегодняшние суперкомпьютеры состоят из большого количества серверного оборудования, соединённого между собой локальной сетью с высокими скоростными показателями. Это позволяет достичь максимума производительности согласно методике параллельных вычислений при решении поставленной задачи.

Готовые работы на аналогичную тему

Потребность в суперкомпьютерах возникла потому, что учёные не могут осуществить некоторые испытания по причине их масштабности, или дороговизны, или возникновения угрозы здоровью людей. А суперкомпьютеры позволяют проводить эксперименты с построенными моделями сложных объектов без вреда окружающей среде и людям. Они превратились в незаменимых помощников в научных изысканиях и производственных процессах.

Главными особенностями, которые характеризуют суперкомпьютеры помимо повышенной скорости работы, являются:

Наиболее совершенный уровень используемых технологий.
Оригинальные решения в области архитектурной организации, которые направлены на увеличение скорости работы (к примеру, возможность выполнения векторных операций).
Стоимость, превышающая один миллион долларов.

Первые суперкомпьютеры

Вычислительное устройство Cray-1 считается родоначальником суперкомпьютеров. Оно было создано в 1974-ом году. Этот компьютер имел процессорные модули, в состав которых входило очень большое количество регистров, подразделявшихся на отдельные группы. Каждая группа предназначалась для осуществления определённых функциональных обязанностей. Группа регистров адреса была ответственна за организацию работы с памятью суперкомпьютера. Были также блоки векторных и скалярных регистров. Производительность этого суперкомпьютера равнялась 180-ти миллионам операций в секунду над числовыми данными с плавающей точкой.

Области применения суперкомпьютеров

Стандартной областью использования суперкомпьютеров, как правило, считалась сфера научных исследований, а именно плазменная физика и статистическая механика, физика молекулярных и атомных процессов и многие другие. Как правило, некоторые сферы использования располагаются на стыке различных наук, к примеру, физики и химии, и перекликаются с разными техническими применениями. Метеорологические задачи, атмосферные явления, и прежде всего проблема долгосрочного прогнозирования погоды, для которой всегда недостаточно компьютерных мощностей, имеют тесную связь с решением многих физических и химических проблем. Техническими проблемами, для разрешения которых применяются суперкомпьютеры, являются проблемы в аэрокосмическом и автомобильном производстве, задачи ядерной энергетики, прогнозы наличия залежей полезных ископаемых, многие другие и, естественно, проектирование современных микропроцессорных модулей и компьютерного оборудования, прежде всего для самих суперкомпьютеров.

Военная промышленность является также традиционной сферой использования суперкомпьютеров. Помимо общеизвестных уже задач по проектированию оружия массового поражения разработке новейших образцов авиатехники и ракетных комплексов, следует отметить, к примеру, проектирование подводных лодок, которые практически не издают никакого шума и других объектов. Наиболее заметным примером использования суперкомпьютеров в военной сфере является программа СОИ (стратегическая оборонная инициатива), объявленная правительством Соединённых Штатов в 1983-ем году. Кроме того, суперкомпьютеры Министерства энергетики Соединённых Штатов использовались для создания моделей ядерного оружия, что дало возможность не проводить реальные испытания ядерного оружия.

Ещё одной областью применения суперкомпьютеров является визуальное представление данных, которые были получены по итогам осуществления каких-либо сложных вычислений. Иногда, к примеру, при поиске решения дифференциального уравнения по методике сеток, получаются просто огромные объёмы итоговых результатов, которые в численном формате люди просто не могут обрабатывать. Тогда следует использовать графический формат отображения информационных данных.

Ещё одной сферой применения суперкомпьютеров, является проблема передачи данных по компьютерным сетям. Объём передаваемой по сетям информации непрерывно возрастает, и на решение этой комплексной проблемы сегодня направлены усилия многих специалистов и их суперкомпьютеров.

Суперкомпьютер – это компьютер, способный производить сотни миллиардов операций за 1 с. Такие большие объёмы вычислений нужны для решения задач в аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, геофизике. Суперкомпьютеры так же нашли своё применение в финансовой сфере при обработке больших объёмов сделок на биржах. Сверхвысокое быстродействие суперкомпьютера обеспечивается параллельной работой множества микропроцессоров.
Суперкомпьютеры – это не выдумка. Хотя суперкомпьютеры не используются обычными людьми в повседневной жизни, их влияние, как на все человечество, так и на каждого из нас очень заметно. Вернее, стало бы заметно, если бы они в один миг исчезли или сломались.

Первым отечественным суперкомпьютером является БЭСМ-6, выпущенный в 1967 году под руководством, гениального инженера Сергея Алексеевича Лебедева. Данная машина, по формальной производительности сопоставимая с CDC 6600, реально намного превосходила своего иностранного конкурента. В данном компьютере было заложено так много инновационных решений, что её производство продолжалось на протяжении двадцати лет! Попытка американских инженеров создать что-либо совершеннее БЭСМ-6, носившая имя ILLIAC-IV, окончилась неудачей: данный суперкомпьютер оказалась дороже, сложнее и медленнее "русской машины". БЭСМ-6 не была единственным советским суперкомпьютером. В последние годы своей жизни Лебедев руководил работами по созданию многопроцессорного комплекса "Эльбрус", однако в 1974 году смерть помешала ему увидеть результаты своих трудов. Работы над первым компьютером серии "Эльбрус" завершились в 1979 году, и, хотя по производительности он, равно как и другие компьютеры серии, отставали от зарубежных аналогов, в его процессоре впервые была применена технология суперскалярности. Супер скалярная архитектура, то есть технология параллельного выполнения нескольких команд, независимых друг от друга, вскоре была реализована в большинстве процессоров для персональных компьютеров; таким образом, в процессорах Intel и AMD есть частичка нашего, русского, инженерного знания.

Но, перестройка, раскол Советского Союза и последовавшие за ним события крайне негативно отразились на отечественной суперкомпьютерной промышленности. Прощальным приветом отечественных инженеров-электронщиков можно считать появившийся в 1990-х процессор Elbrus 2000 (E2K) , который так и не смог выйти на рынок: сначала помешал кризис, ну а затем, когда казалось, что "вот уже чуть-чуть", команду "Эльбруса" на корню купила Intel. На данный момент все существующие в России суперкомпьютеры либо зарубежного производства, либо основаны на зарубежных комплектующих и технологиях.
Оправившись от кризиса, индустрия производства суперкомпьютеров принялась за штурм новых высот. В 1997 году был создансуперкомпьютер ASCI RED, обладавший неслыханной тогда производительностью в 1,34 ТФЛОПС. Однако самое интересное, что данный компьютер был построен на базе почти что десяти тысяч процессоров Pentium II , тех самых, которых можно было спокойно найти в любом топовом ПК тех лет. Подобная система объединения вычислительных мощностей относительно недорогих процессоров получила название MassivelyParallelProcessing, или просто MPP. Преимущество MPP-систем - в их гибкости: незагруженные процессорные блоки можно легко отключить, а по возможности - включить заново, а вдобавок подключить дополнительные. На данный момент большинство суперкомпьютеров было построено именно на базе данной технологии.

Шло время, и производители выпускали всё более и более новыесуперкомпьютеры, которые задавали новые стандарты производительности. Символический барьер в один ПФЛОПС (читается "пентафлопс"; 1 ПФЛОПС = 1000 ТФЛОПС) был преодолён в 2008 году компьютером Roadrunner от IBM. Характеристики данной машины, мягко говоря, шокируют: почти 100 Тб оперативной памяти, около 20 000 процессоров. Удивляет и то, что всё это работает под управлением Linux-систем RedHat и Fedora, причём тех же самых версий, что устанавливаются на домашние компьютеры.

Однако Roadrunner не является самым быстрым суперкомпьютером на сегодняшний день. Согласно рейтингу самых мощных компьютеров Top-500, наиболее производительным является японский суперкомпьютер K производства Fujitsu, запущенный в эксплуатацию незадолго до написания этих строк. Этот 70 000-процессорный гигант (причём процессоры, стоит заметить, все до одного восьмиядерные) на момент написания статьи обладал безумной производительностью в 8,162 ПФЛОПС. Даже не хватает воображения, что бы представить, чем же можно нагрузить подобную махину. Впрочем, на это есть учёные - перед ними стоят ещё очень много неразрешённых вопросов.

В соответствии с классификацией, предложенной М.Флинном еще в начале 60-х годов прошлого столетия, параллельные вычислительные системы имеют несколько разновидностей.При этом в основу данной классификации заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (отсутствие логической связанности) данных, обрабатываемых в каждом потоке:

Традиционной сферой внедрения суперкомпьютеров постоянно были исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория простых частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика.
В химии - разные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новейших материалов, к примеру, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, хим. кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование фармацевтических средств. Естественно, что ряд областей внедрения находится на стыках соответственных наук, к примеру, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, исследование атмосферных явлений и, сначала, задача длительного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесновато соединены с решением ряда вышеперечисленных проблем физики. Посреди технических проблем, для решения которых употребляются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и авто индустрии, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений нужных ископаемых, нефтедобывающей и газовой индустрии (в том числе трудности действенной эксплуатации месторождений, в особенности трехмерные задачки их исследования), и, в конце концов, конструирование новейших микропроцессоров и компов, сначала самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры обычно используются для военных целей. Не считая тривиальных задач разработки орудия массового ликвидирования и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, к примеру, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый известный пример - это южноамериканская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного орудия, что дозволит,в общем, отменить ядерные тесты в данной стране.
Еще есть одна неувязка внедрения суперЭВМ, о которой нужно огласить - это визуализация данных, приобретенных в итоге выполнения расчетов. Нередко, к примеру, при решении дифференциальных уравнений способом сеток, приходится сталкиваться с циклопическими размерами результатов, которые в числовой форме человек просто не в состоянии обработать. Тут во почти всех вариантах нужно обратиться к графической форме представления информации. В любом случае возникает задача транспортировки информации по компьютерной сети. Решению этого комплекса проблем в ближайшее время уделяется все большее внимание. А именно, известный Государственный центр суперкомпьютерных приложений США (NCSA) вместе с компанией SiliconGraphics ведет работы по программе "суперкомпьютерного окружения грядущего". В этом проекте предполагается интегрировать способности суперкомпьютеров POWER CHALLENGE и средств визуализации компании SGI со средствами информационной супермагистрали.

Для кого разрабатываются сверхмощные и сверхумные машины и где они используются? Компьютеры используются учеными при решении задач квантовой физики и механики.

В военной промышленности суперкомпьютеры помогают разрабатывать новые тактические и стратегические позиции, позволяют проводить различные исследования по повышению эффективности готовой боевой техники и по ее модернизации. Также новейшие виды оружия и средств защиты разрабатываются вычислительными машинами.

Исследование ядерных процессов, моделирование цепной реакции и ядерного взрыва дают ученым богатый материал для исследования этих удивительных, но опасных явлений.

Изучение молекулярной структуры белка помогает сделать немало важных и ценных для человечества открытий, определить причины и механизмы генетически обусловленных заболеваний. Такая работа под силу только суперкомпьютерам.

Виртуальные модели кровеносной системы человека исследуются врачами и биологами, чтобы получить эффективные способы борьбы с заболеваниями сердца и сосудов.

Но суперкомпьютеры нужны не только для проведения серьезных научных исследований, результаты которых принесут человечеству плоды только в будущем. Прикладное применение суперкомпьютеров можно обнаружить во многих сферах нашей жизни.

Современные медицинские исследования, новейшие разработки и научные открытия стали возможны именно благодаря суперкомпьютерам, которые позволяют проводить своевременную диагностику, с большим процентом вероятности прогнозировать ход болезни и реакцию организма на лечение. Суперкомпьютеры позволяют моделировать процессы, происходящие в жизненно важных органах, чтобы понять основной принцип их работы и эффективно бороться с патологиями.

В биологии суперкомпьютеры, микрочипы и электронные микроскопы используются для изучения процессов, происходящих на клеточном уровне, что дает большие возможности для серьезнейших научных открытий, способных изменить современную науку.

В медицине и биологии суперкомпьютеры больше нужны именно для исследовательской работы, хотя, некоторые крупные клиники могут позволить себе использовать такие машины и для решения прикладных задач: диагностики и лечения.

Суперкомпьютеры нужны не только для фиксирования данных на борту космических станций и обеспечения эффективности работы этих грандиозных сооружений. Мощнейшая вычислительная техника позволяет проектировать новые орбитальные и межпланетные станции, выстраивать данные оптимальной траектории движения станций, изучать процессы, влияющие на геомагнитный фон Земли, отслеживать и предугадывать всплески солнечной активности и выявить их закономерности.

При разработке новых моделей космических станций и искусственных спутников, суперкомпьютеры проводят серьезную работу по моделированию и прогнозированию всех возможных ситуаций, обеспечивая, таким образом, безопасность полета.
Климат и погода.
Благодаря суперкомпьютерам стало возможно очень точно предсказывать погоду. Цифровая обработка данных, полученных на метеорологических станциях, производится в кратчайшие сроки, что дает шанс заглянуть в будущее и предупредить людей о возможных погодных неприятностях. Эта работа суперкомпьютеров тесно связана с прогнозами стихийных бедствий, которые способны спасти жизнь многих людей.
Стихийные бедствия и экологические катастрофы.
Современные мощные суперкомпьютеры дают возможность с большой долей вероятности прогнозировать природные катаклизмы: землетрясения, цунами, пожары, наводнения и штормы. Чем раньше люди получат информацию о надвигающейся беде, чем больше у них шансов спастись.
Промышленность.
Благодаря суперкомпьютерам наша жизнь становится более комфортабельной и безопасной, ведь именно эти машины помогают разрабатывать новые модели автомобилей и самолетов. Исследование аэродинамических свойств, устойчивости, маневренности, способы сочетать эти качества в оптимальной пропорции могут только суперкомпьютеры.

Распределение количества суперкомпьютеров по пяти ведущим странам и областям их применения, полученные с помощью методов многомерного анализа данных топ 500 самых мощных компьютеров мира, представлено на Рис. 1. Анализ диаграммы свидетельствует о лидирующем положении США практически во всех областях (энергетическом комплексе, аэрокосмической промышленности, финансовых операциях, производстве, телекоммуникационных системах, Интернете и базах данных), за исключением автомобильной и химической промышленности, где первенство принадлежит Германии. При этом в фармацевтике и на транспорте США практически на равных используют суперЭВМ наряду с Германией и Великобританией.
и т.д.

Читайте также: